JP2007333349A - 空調システム - Google Patents

Abstract

【課題】きめ細かい快適な空調を可能にすると共に、既存システムにも低コストにて適用可能とした空調システムを提供する。
【解決手段】空調用の気流を発生させる空調機１００と、前記気流の風量を調節する風量調節装置２００と、この風量調節装置２００から供給される気流を居室Ｚ内へ吹き出すための吹出口と、を備えた空調システムにおいて、居室Ｚ内に、人体Ｍの作業空間ＴＡとその周囲空間ＡＡとを設定し、風量調節装置２００は、温湿度センサ３００により検出した周囲空間ＡＡの検出温度が設定温度に一致するように風量調節装置２００のダンパの開閉状態を制御することにより、吹出口から微風速の気流を作業空間ＴＡに向けて間欠的に吹き出させるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、居室内の人体に対して微風速の気流を間欠的に送ることにより、快適な空調環境を実現すると共に、省エネルギー化を図り、設備コストやランニングコストの低減を可能にした空調システムに関するものである。

従来より、省エネルギー化や設備コストの低減を目的とした空調システムは種々提供されている。
例えば、特許文献１には、予め設定された室内温度を空調機と複数の風量調節装置（ＶＡＶ）によって最適な室内温度にコントロールする空調管理システムにおいて、室内側に設置されたルームサーモスイッチにより発信した信号を強風・中風・弱風・停止等所定の風量割合で一定の数値に置き換え、風量調節装置内のダンパ機構を開閉すると共に温度変化による上記数値を空調回路内に組み込まれた変風量・演算ユニットにて積算演算し、これらの合計数値を予め設定された総数値の割合で送風機インバータを制御運転すると同時に空調機の外気取入口、排気口、還気口の各ダンパ機構の開閉及び冷、温水コイル給水バルブ等、全ての空調制御機構の制御運転を行うようにした空調制御システムが記載されている。

また、特許文献２には、空調区域の熱負荷変動に応じて空調区域への供給風量を制御する変風量ユニットと、この変風量ユニットからの要求に応じて温度や風量が調整された空気を変風量ユニットに供給する空気調和機とを有する変風量システムを制御する制御システムにおいて、前記変風量ユニットの運転を制御する変風量コントローラと、この変風量コントローラと接続されている制御モード入力手段とを有し、制御モード入力手段は、複数の制御モードの中から選ばれる所定の制御モードを、これに対応する変数として発信する手段であり、変風量コントローラは、複数の制御モードに対応する複数のプログラムを記憶するメモリと、制御モード入力手段からの変数を受けて実行すべきプログラムを判断する判断手段とを有し、受信した変数に対応するプログラムを実行して、空調区域における測定温度と設定温度との偏差がゼロになるように変風量ユニットの運転を制御し、かつ前記偏差をゼロとするのに必要な空気調和機からの給気風量及び給気温度の少なくともいずれか一方を算出するようにした制御システムが記載されている。

更に、特許文献３には、室内の複数の吹出口への空気分配量を時系列的に変化させることにより広範囲に変動風を供給し、設備コスト及びランニングコストを低減させるようにした変動風発生装置が記載されている。この変動風発生装置は、室内に空気を吹き出す複数の吹出口及び／又は室内の空気を排気する複数の吸込口と、各吹出口及び／又は吸込口の空気流量を、比較的短い時間間隔で、また、複数の吹出口及び／又は吸込口相互間で相対的に変動させる空気流量変動手段と、を備えたものである。

特開平８−２８９４２号公報（段落［０００６］〜［０００８］、図１等） 特開２００３−４２５２２号公報（段落［００４４］〜［００６５］、図１，図２等） 特開平９−２７３８００号公報（段落［００１６］〜［００３０］、図１，図２等）

上述した特許文献１，２に記載された従来技術は、何れも空調空間である室内全体の温度を設定値に一致させるように風量調節装置のダンパの開度を制御して風量を調節するものである。
しかしながら、実際には室内に居る人の作業空間（タスクエリア）の空調が適切に行われれば十分であるにもかかわらず、それ以外の周囲空間（アンビエントエリア）までも余分に空調しているため、十分な省エネルギー効果、ランニングコストの低減を達成することが困難であった。
また、特許文献３に記載された従来技術は、複数の吹出口への空気分配量を順次変化させて室内に変動風を発生させ、定常風よりも高い冷却効果を得ようとするものであるが、やはり作業空間とその周囲空間に着目して適切な制御を行う空調システムについては開示されていない。

そこで本発明の解決課題は、きめ細かい快適な空調を可能にすると共に、既存システムにも低コストにて適用可能とした空調システムを提供することにある。

上記課題を解決するため、請求項１に記載した発明は、空調用の気流を発生させる空調機と、前記気流の風量を調節する風量調節装置と、この風量調節装置から供給される気流を居室内へ吹き出すための吹出口と、を備えた空調システムにおいて、
前記居室内に、人体の作業空間とその周囲空間とを設定し、
前記風量調節装置は、前記周囲空間の設定温度に応じて前記風量調節装置のダンパの開閉状態を制御することにより、前記吹出口から微風速の気流を間欠的に吹き出すものである。

請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した空調システムにおいて、
前記周囲空間の温度を検出する温度センサを備え、
この温度センサによる検出温度が設定温度に一致するように前記風量調節装置のダンパの開閉状態を制御するものである。

請求項３に記載した発明は、請求項１または２に記載した空調システムにおいて、
前記吹出口は居室の天井面から下方に向けて配置されており、この吹出口から前記作業空間に向けて気流を吹き出すものである。

請求項４に記載した発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載した空調システムにおいて、
前記空調機に対して複数台の前記風量調節装置が並列的に連結され、かつ、これらの風量調節装置を複数系統に分割すると共に、異なる系統に属する前記風量調節装置のダンパの開閉状態を異ならせるものである。

請求項５に記載した発明は、請求項４に記載した空調システムにおいて、
異なる系統に属する前記風量調節装置のダンパを同期させて交互に開閉するものである。

請求項６に記載した発明は、請求項２〜５の何れか１項に記載した空調システムにおいて、
前記空調機による給気圧力を検出する圧力センサを備え、この圧力センサによる検出圧力に応じて前記空調機を駆動するファンの回転数を制御するものである。

請求項７に記載した発明は、請求項１〜６の何れか１項に記載した空調システムにおいて、
前記温度センサによる検出温度に応じて、前記空調機による給気温度設定値を変更するものである。

請求項８に記載した発明は、請求項７に記載した空調システムにおいて、
前記圧力センサによる検出圧力に応じた回転数の制御方法と、前記風量調節装置からの要求風量に応じた回転数の制御方法とを選択可能にしたものである。

請求項９に記載した発明は、請求項１〜８の何れか１項に記載した空調システムにおいて、
前記吹出口を部分的に遮蔽して前記吹出口から下方に向かう気流を発生させるための気流方向調節具を備えたものである。

請求項１０に記載した発明は、請求項９に記載した空調システムにおいて、
前記気流方向調節具を前記吹出口に居室内から取付可能としたものである。

本発明において、周囲空間の設定温度に応じて風量調節装置のダンパの開閉状態を制御し、居室の吹出口から微風速の気流を作業空間に向けて間欠的に吹き出すことにより、作業空間に居る人体に対して快適な空調を行うことができる。特に、周囲空間の検出温度が設定温度に一致するように制御しながら人体に微風を直接当てることにより、特に冷房時には、周囲空間の設定温度が高くても人体からの放熱が促進されて所望の冷房効果が得られるので、省エネルギーに寄与するものである。
また、気流は微風速であるから人体にとって煩わしさを感じさせず、この気流を間欠的に吹き出させることにより、風量を減少させて空調機の負荷も低減することが可能である。
更に、リニューアル物件において、既設の空調機やダクト、吹出口等を有効利用することができると共に、新規物件においては空調機の容量を小さくすることができる。
総じて本発明によれば、きめ細かい快適な空調を実現し、かつ、設備コスト、ランニングコストの低減が可能になる。

まず始めに、本発明の概要を図１〜図３を参照して説明する。図１，図２は本発明における空調動作の説明図であり、図３は従来の空調動作の説明図である。

従来技術を示す図３において、Ｘは空調機１００が収容された機械室、Ｙは天井裏、Ｚは空調対象である居室、Ｍは人体、１０１〜１０３はダクト、１０４，１０５は気流の吹出口、１０９は温度センサを示している。
従来の一般的な空調システムとしては、居室Ｚ内の温度を予め所定値（例えば２６〔℃〕）に設定し、温度センサ１０９により検出した居室Ｚ内の温度が設定温度に一致するように空調機１００の運転を制御して、吹出口１０４，１０５から吹き出す気流の温度や風量を調節し、居室Ｚを全体的に空調している。
ここで、温度センサ１０９は、人体Ｍに近接して設置することが望ましいが、デスクワークや移動時の障害になるおそれを回避すると共に取付の容易さを考慮して、図示するように居室Ｚの壁面や柱に設置されるのが一般的となっている。

しかしながら、図３のような空調システムでは、居室Ｚにおける人体Ｍの主要な作業空間から外れた周囲空間の温度を温度センサ１０９により検出し、その検出温度が設定温度になるように居室全体を空調してほぼ均一な温度分布を得るように制御を行っており、周囲空間の空調に用いるエネルギーが無駄になっている。
また、例えば冷房時には、吹出口１０４，１０５から吹き出す気流をほぼ天井面に沿って吹かせてから、冷気が自然に下降する現象を利用し、人体Ｍに気流を感じさせずに（例えば人体Ｍの手元の風速を０．２〔ｍ／ｓ〕に設定）居室全体を冷房しているが、温度設定値を変化させた場合には天井面から少しずつ温度が変化するため、作業空間に居る人体Ｍの体感温度が適正値になるまでに多くの時間がかかり、居室全体を冷房するために多くのエネルギーを必要としている。
更に、人体Ｍは常に冷気または暖気に曝されているので、冷え過ぎや暑過ぎなど、人体Ｍに不快感を与える場合もある。

上記のような問題点に鑑み、本発明は、図１，図２に示すように、ダクト１０１からの気流を風量調節装置１０６，１０７により間欠的に供給するものであり、具体的には、風量調節装置１０６，１０７のダンパを所定周期で断続的に開閉制御し、かつ、ダンパの高速な開閉動作を可能にして変動的な微風を生成すると共に、吹出口１０４，１０５の構造を改良して気流が作業空間ＴＡ内の人体Ｍに直接、供給されるようにしたものである。
また、ダクト１０１からの気流を複数系統に分けて風量調節装置１０６，１０７に導入し、これらの風量調節装置１０６，１０７を同期させながら交互に、かつ高速で開閉して吹出口１０４，１０５から所定風量の気流を吹き出させるようにしたものである。
なお、以下の説明において、「風量調節装置」は空調用の気流通路を開閉するダンパ等の構造部材と、その開閉を制御するコントローラとを含む概念とする。

これにより、作業空間ＴＡにおける床上１１００〔ｍｍ〕付近（人体Ｍの頭部付近）の風速を、例えば０．４〜０．８〔ｍ／ｓ〕とし、冷房運転時には作業空間ＴＡの温度を２６〜２７〔℃〕に保つことを可能にしている。この場合、気流が直接作用しない周囲空間ＡＡの設定温度は２８〜２９〔℃〕程度で良く、温湿度センサ１０８による検出温度が上記設定温度に一致するように風量調節装置１０６，１０７のダンパ開度または風量、あるいは空調機１００の給気温度を制御することとした。

図１，図２では、一方の系統の風量調節装置１０７を全開動作させている時に他方の系統の風量調節装置１０６を全閉動作させ（図１）、一方の系統の風量調節装置１０７を全閉動作させている時に他方の系統の風量調節装置１０６を全開動作させる（図２）様子が示されており、これら図１，図２の状態を交互に繰り返すことも勿論可能であるが、このように全開または全閉といった二者択一的な動作だけでなく、互いに別系統の風量調節装置１０６，１０７を同期させて個別にきめ細かい風量調節を行うことも可能である。
更に本発明は、単一系統の風量調節装置だけでも所期の空調効果を得ることができる。

次に、上述した本発明の原理を具体化した実施形態を図４に沿って説明する。
図４は、この実施形態を示す全体構成図である。図４において、１００は前述した周知の空調機であり、ファン１１１と、ファン１１１を駆動するインバータ１１２と、給気温度センサ１１３と、給気圧力センサ１１４と、差圧計１１５と、フィルタ１１６と、冷温水コイル１１７と、二方弁１１８と、加湿器１１９と、加湿弁１２０と、リレー１２１と、リレー接点１２２とを備えている。また、１２３は居室Ｚ内の空気のＣＯ_２濃度を検出するＣＯ_２センサ、１２４は外気ダンパである。

一方、１２５は後述する風量調節装置２００のダンパ開度、風量、全開・全閉時間等の設定入力や表示を行うためのタッチパネル、１２６はシステムコントローラであり、システムコントローラ１２６のディジタル入力端子（ＤＩ）は差圧計１１５及びリレー接点１２２に、ディジタル出力端子（ＤＯ）は加湿弁１２０及びリレー１２１に、アナログ入力端子(ＡＩ）は給気温度センサ１１３、給気圧力センサ１１４及びＣＯ_２センサ１２３に、アナログ出力端子（ＡＯ）はインバータ１１２、二方弁１１８及び外気ダンパ１２４に、それぞれ接続されている。
また、システムコントローラ１２６には、省配線システムにより低コストにて通信システムの構築が可能なＬＯＮＷＯＲＫＳ（登録商標）通信を行うためのインターフェイスが内蔵されており、その通信端子１２７には、オープンプロトコルの通信線１２８を介して複数台の風量調節装置２００がそれぞれ電気的に接続されている。

更に、前記ファン１１１の送風口には、主ダクト１２９及び分岐ダクト１３０を介して、上記風量調節装置２００がそれぞれ連結されている。
これらの風量調節装置２００は、１台の空調機１００に対し複数台が並列的に連結されていると共に、居室Ｚの数や広さに応じて複数のグループに分割されている。図示例では、２０台の風量調節装置２００が４台ずつ５つのグループＧ１〜Ｇ５に分割されており、風量調節装置２００の出口側は、ダクト１３１，１３２（図１，図２におけるダクト１０２，１０３に相当）を介して居室内の吹出口に連結されている。

また、各グループの４台の風量調節装置２００は、２台ずつ２系統（Ａ系統，Ｂ系統）に分けられており、Ａ系統に属する２台の風量調節装置２００は前述した図１における一系統の風量調節装置１０７に相当する風量調節動作を行い、Ｂ系統に属する２台の風量調節装置２００は図１における他系統の風量調節装置１０６に相当する風量調節動作を行うようになっている。すなわち、Ａ系統の風量調節装置２００のダンパとＢ系統の風量調節装置２００のダンパとが、同期して交互に全開動作、全閉動作を行うようになっている。
なお、図４における個々の風量調節装置２００には、居室Ｚの周囲空間ＡＡの温湿度を検出する温湿度センサ３００がそれぞれ接続されており、これらの温湿度センサ３００による検出温度及び湿度は、前記通信線１２８を介してシステムコントローラ１２６にも入力されている。

次いで、図５は上記Ａ系統，Ｂ系統の風量調節装置２００の同期運転パターンの一例を示しており、時間軸に対する各風量調節装置２００のダンパ開度を表している。ここで、図５におけるパラメータａ〜ｈの設定範囲及び初期値は、例えば図６のように設定可能である。ちなみに、この例におけるＡ系統の風量調節装置２００のパラメータａ〜ｄとＢ系統の風量調節装置２００のパラメータｅ〜ｈとは、設定範囲及び初期値がそれぞれ同一になっているが、必要に応じて両者を異ならせても良い。

図５から明らかなように、両系統の風量調節装置２００は、ダンパ開度１００％（全開）とダンパ開度０％（全閉）との間を交互に制御可能であり、ダンパの開閉に要する機械的動作時間が１０秒、全開状態または全閉状態の継続時間が２０秒に設定されている。更に、Ａ系統とＢ系統とでは、ダンパの開閉動作が反転しつつ同期している。

Ａ系統，Ｂ系統の風量調節装置２００の同期運転パターンを図５のように設定することにより、Ａ系統の風量調節装置２００のダンパ開度が１００％の時にはＢ系統の風量調節装置２００のダンパ開度が０％となり、逆にＡ系統の風量調節装置２００のダンパ開度が０％の時にはＢ系統の風量調節装置２００のダンパ開度が１００％となる。このため、Ａ系統の風量調節装置２００に連結された吹出口とＢ系統の風量調節装置２００に連結された吹出口とから交互に、かつ間欠的に気流が吹き出されることになり、前述した図１及び図２に示したような空調動作を周期的に実現することができる。この場合、気流の風速を、作業空間ＴＡの床上１１００〔ｍｍ〕付近において、前述したように０．４〜０．８〔ｍ／ｓ〕程度に維持することにより、人体Ｍが変動的な微風を感じて良好な空調環境を形成することができる。
ここで、図５におけるＡ系統またはＢ系統の風量調節装置２００のように、ダンパの開閉を高速に行うことにより所定周期で間欠的に発生させる微風速の気流を「変動微風」というものとする。

図５，図６に示した同期運転パターンは本実施形態の基本的な運転パターンであるが、居室Ｚの温度状態に応じて、図７のような運転パターンを実現することも可能である。
すなわち、Ａ系統，Ｂ系統の風量調節装置２００により同一の居室内を分担して冷房する場合、図７に示すように、温度が著しく高い当初はＡ系統，Ｂ系統とも変動微風運転を行わず、ダンパ開度を何れも１００％として室内の冷却を促進する。その後、Ａ系統，Ｂ系統のそれぞれについて、各系統に対応して周囲空間ＡＡに設置されている各温湿度センサの検出温度に応じて図示するように変動微風運転を行う。この場合、Ａ系統，Ｂ系統の風量調節装置２００のダンパ開度は、図示する如く個別に制御される。図７においては、Ａ系統の風量調節装置２００により冷却される空間の温度が最終的に設定温度よりも下回ったため、図の最後の期間では変動微風運転を行わないようにしている。
このように本実施形態では、Ａ系統，Ｂ系統の風量調節装置２００を同期させつつ交互に開閉制御するだけでなく、必要に応じて所定期間だけの変動微風運転やダンパ開度の個別制御を行うことも可能である。

次に、風量調節装置２００の動作を図８，図９に従って詳細に説明する。
まず、図８は、夏季の冷房運転時における、周囲空間ＡＡの設定温度と風量調節装置２００のダンパの要求開度（要求風量）との関係を示しており、図９は、冬季の暖房運転時における同様の関係を示している。

図８の冷房運転時において、タッチパネル１２５による周囲空間ＡＡの設定温度をＳＰ０とすると、この設定温度付近の温度範囲（ＳＰ０−偏差２＜ＳＰ０＜ＳＰ０＋偏差２）では変動微風運転を行うものとする。上記温度範囲において、温湿度センサ３００による検出温度が、ＳＰ０−偏差１＜検出温度＜ＳＰ０＋偏差１の範囲にある場合には、作業空間ＴＡにおける床上１１００〔ｍｍ〕付近の気流の風速が０．６〔ｍ／ｓ〕となるようにダンパの要求開度（要求風量）をシステムコントローラ１２６から風量調節装置２００（風量調節装置のコントローラ）に指令する。この範囲の動作を便宜的に基本動作といい、この範囲の要求開度を便宜的に基本要求開度という。
なお、上記偏差１，偏差２は、人体Ｍにとって冷房過剰または冷房不足と感じる温度を考慮して予め設定しておくものとする。

ＳＰ０−偏差２＜検出温度＜ＳＰ０−偏差１となった場合、システムコントローラ１２６は冷房過剰と判断し、要求開度（要求風量）を補正する処理として、上述した床上１１００〔ｍｍ〕付近の気流の風速が０．４〔ｍ／ｓ〕となるように、基本要求開度から補正開度を減じた値を補正後の要求開度として風量調節装置２００に指令する。ここで、補正開度も予め設定しておくものとする。
検出温度＜ＳＰ０−偏差２となった場合には、変動微風運転を中止し、ダンパ開度を最小開度（設定値）に固定して風量調節装置２００を運転することにより、居室温度がそれ以上低下するのを防止する。

一方、ＳＰ０＋偏差１＜検出温度＜ＳＰ０＋偏差２となった場合、システムコントローラ１２６は冷房不足と判断し、要求開度（要求風量）を補正する処理として、上述した床上１１００〔ｍｍ〕付近の気流の風速が０．８〔ｍ／ｓ〕となるように、基本要求開度に補正開度を加えた値を補正後の要求開度として風量調節装置２００に指令する。この場合の補正開度も予め設定しておくものとする。
検出温度＞ＳＰ０＋偏差２となった場合には、変動微風運転を中止し、ダンパ開度を最大開度（設定値）に固定して風量調節装置２００を運転することにより、居室温度がそれ以上上昇するのを防止するものである。

図９に示す冬季の暖房運転時には、検出温度の高低とダンパの要求開度との関係が図８とは逆になるだけであり、その動作は容易に類推可能であるため、詳述を省略する。

次いで、本実施形態における空調機１００系統の主要な制御方法について述べる。
まず、図４における給気温度センサ１１３による検出温度が給気温度設定値に一致するように、システムコントローラ１２６が二方弁１１８をＰＩ制御することにより、冷温水コイル１１７を通過する空気の温度を調節して空調機１００の給気温度を制御する。
なお、外気を用いた冷房運転が可能な場合には二方弁１１８のＰＩ制御を行わないものとする。

また、上述した二方弁制御に加えて、温湿度センサ３００による居室Ｚの周囲空間ＡＡの検出温度と設定温度とに基づき、給気温度制御を行う。
この給気温度制御とは、以下に定義される最大温度比率を導入し、この最大温度比率に応じて空調機１００の給気温度設定値を複数段階に変更することにより、複数台の風量調節装置２００を介した給気温度を一括して変更可能とするものである。
最大温度比率＝
｛（検出温度−最低温度設定値）／（最高温度設定値−最低温度設定値）｝×１００％

図１０（ａ）は給気温度制御のフローチャートであり、最大温度比率について上限値Ｉ_ｍａｘ及び下限値Ｉ_ｍｉｎを設定しておき、上記の数式により演算した最大温度比率（ステップＳ１）とＩ_ｍａｘ，Ｉ_ｍｉｎとの大小関係に応じて給気温度設定値の変更処理（変更１〜変更３）を実行する（Ｓ２〜Ｓ４）。
例えば、図１０（ｂ）の左側に示すように、当初は最大温度比率が上限値Ｉ_ｍａｘよりも大きく、居室内の温度が高い場合には、上述した変更１（Ｓ２）の処理によって給気温度設定値をΔｔ１だけ低下させ、これに応じてシステムコントローラ１２６が二方弁１１８を制御することにより、居室内温度が低下し、最大温度比率も低下する。また、最大温度比率がＩ_ｍａｘ〜Ｉ_ｍｉｎの範囲にある場合には変更２（Ｓ３）の処理によって給気温度設定値を更にΔｔ２だけ低下させ、給気温度を更に低下させるような制御動作が実行される。
その後、最大温度比率がＩ_ｍｉｎよりも小さくなると、変更３（Ｓ４）の処理によって給気温度設定値をΔｔ３だけ増加させることにより、給気温度を上昇させるような制御動作が実行される。

このような制御動作により、最終的には最大温度比率が５０％（その時、居室内温度は最高温度設定値と最低温度設定値との中間値である）に収束することになる。なお、最大温度比率の上限値Ｉ_ｍａｘ、下限値Ｉ_ｍｉｎ、給気温度設定値の変化幅Δｔ１〜Δｔ３を適宜変更することにより、給気温度の所望の制御パターンを得ることが可能である。

図１１は、上述した給気温度制御において、最大温度比率が一定値以上または一定値以下である状態が一定時間（制御判断継続時間：例えば１８０秒）継続した場合に、給気温度設定値の変更処理（変更１〜変更３）を行い、また、給気温度設定値がその上下限値を超過した場合の処理を追加したフローチャートを示している。
すなわち、空調機の運転中において（Ｓ１１Ｙｅｓ）、制御判断継続時間が経過したら最大温度比率を演算し（Ｓ１２Ｙｅｓ，Ｓ１３）、演算した最大温度比率に応じて給気温度設定値の変更処理（Ｓ１４〜Ｓ１６）を行う。この処理を、給気温度設定値が上下限値を超過しない限り繰り返し実行する（Ｓ１７Ｎｏ）。
また、給気温度設定値が上下限値を超過した場合には（Ｓ１７Ｙｅｓ）、上限値または下限値に抑え込む処理を行う（Ｓ１８）。
以上の処理を制御判断継続時間が経過するたびに行うことにより、給気温度を一定周期できめ細かく設定値通りに制御することができる。

次に、図１２は、空調機１００のファン１１１を駆動するためのインバータ１１２の制御方法を説明する図である。
従来では、風量調節装置からの要求風量の合計値に基づいてファン駆動用のインバータの出力周波数（ファンモータの回転数）を制御しているが、本実施形態では、風量調節装置のダンパを高速開閉することにより要求風量が短い周期で変動するため、制御条件として要求風量を用いるのは不適当である。

そこで、本実施形態においては、図４の給気圧力センサ１１４によりファン１１１の吐出圧力を一定周期で検出すると共に、図１２に示すように基準設定圧力（例えば３００〔Ｋｐａ〕）を中心とした正負各３段階の圧力帯を設定し、圧力センサ１１４による検出圧力がどの圧力帯に属するかによってインバータ１１２の出力周波数すなわちファン１１１の吐出圧力を段階的に調整するようにしている。

各圧力帯のインバータ出力周波数は、システムコントローラ１２６により、現在の出力周波数に対して、所定の周波数増減値と周波数ゲイン（正１〜正３、負１〜負３の計６種類）との積を減算（検出圧力が基準設定圧力より大きい場合）または加算（検出圧力が基準設定圧力より小さい場合）して決定される。
なお、従来のように風量調節装置からの要求風量に応じた制御方法も選択可能とし、その場合には、一定時間の要求風量の合計値を平均化して求めた平均要求風量に応じてインバータの周波数を決定しても良い。

また、システムコントローラ１２６は、温湿度センサ３００による居室内の検出湿度と設定湿度とを比較して図１における加湿弁１２０を動作させ、加湿器１１９による加湿制御を行うと共に、ＣＯ_２センサ１２３により検出した居室内のＣＯ_２濃度に応じて外気ダンパ１２４を動作させ、外気取り入れ量を制御するものであるが、これらについては便宜上、詳述を省略する。

次に、図１３は、風量調節装置２００に使用される可変風量装置（なお、ここでは便宜上ダンパと称するが、機能的にはＶＡＶの類である。）の一例を示す構成図である。
図１３において、２０１は図４の分岐ダクト１３０に連結されるケーシングであり、空調機１００からの気流が通過する断面矩形の空間を形成している。２０２は回動羽根２０３が回動する中心軸としての回動軸であり、図示例では２枚の回動羽根２０３を互いに平行配置された２本の回動軸２０２によりそれぞれ回動可能に支持する構造となっている。２０４は各回動軸２０２の両端を支持するボールベアリングであり、回動羽根２０３を円滑に高速回動させ、かつ、軸受け部の磨耗を防止するために設けられている。
ケーシング側面部にはステッピングモータが設けられており、そのモータ回転軸が各回動羽根２０３及び回動軸２０２と、複数のギア機構及びリンク機構等（何れも図示せず）を介して連結され、ステッピングモータの回転運動を所定角度（θ）範囲の回動運動に変換し、各回動軸２０２に伝達することにより、各回動羽根２０３を気流の通過方向に対し平行な状態（図に実線で示す状態）と傾斜状態（図に一点鎖線で示す状態）との間で所定の開口状態になるよう開閉し、後述する吹出口方向へ通過させる風量を制御している。

また、図１４はダンパの他の例を示す構成図であり、このダンパは、図１３のダンパを有する風量調節装置２００の下流側に別個配置されるか、あるいは、図１３のダンパを有する風量調節装置２００の代わりに使用されるものである。
図１４において、２１１は空調機１００からの気流が通過するダクトであり、例えば風量調節装置２００の下流側に配置される。２１２は図示されていないモータの回転軸に連結された回動軸、２１３は回動軸２１２に固定されてダクト２１１内を回動可能な回動羽根、２１４は回動軸２１２をダクト２１１に対して支持する一対のボールベアリングである。
この例においては、回動羽根２１３の定速連続回転によってダクト２１１内を通過する気流の間欠送風を発生することが可能である。
なお、円板状回動羽根の円周上一点に着目すると、その点は、ダクト側面から見ると等速円運動となり、時間経過に対し正弦波関数軌跡を描く。一方、円板状回動羽根は、ダクト軸方向に水平→垂直を正弦波四半周期ごとに繰り返す。また、ダクト軸方向垂直投影では、円板状回動羽根の投影面積（遮蔽面積）が、直線→楕円→円→楕円→直線の変化に応じて、円関数的凸状に増加／減少を繰り返す。逆に、開口面積は、全開面積に対する割合が、円関数的凹状に減少／増加を繰り返す。管内開閉部において、開閉部を通過する風量と遮断面積との時間経過に対する関係は、円関数的凸状変化に対する凹状変化の阻害作用に伴う通過抵抗にて、気流は、正弦波四半周期ごとに、より直線的な変化の繰り返し、つまりジグザグ状に間欠変化して送風される。

なお、上述した図１３のダンパには、回動羽根２０３，２１３の全開状態、全閉状態を検出するリミットスイッチが設けられており、これらの全開時及び全閉時にリミットスイッチによる検出信号をシステムコントローラ１２６に送り、回動羽根２０３，２１３の初期位置をリセットするようになっている。
ここで、ダンパの構造は図１３の例に何ら限定されるものではなく、気流を間欠的に供給可能であって流路の高速開閉が可能であり、かつ、風量を連続的に制御できるものであればいかなる構造であっても良い。
また、図１４の円形ダンパに限らず、矩形ダンパの矩形翼でも可能である。

次に、本実施形態において居室内に配置される気流の吹出口について説明する。
まず、図１５は従来の吹出口（いわゆるアネモ型吹出口）の概略的な構造を示す図であり、４０１は天井面、４０２は外コーン部、４０３は多層コーン型の内コーン部である。この吹出口では、冷房時に内コーン部４０３を室内側へ（下方に）若干引き出して使用しており、外コーン部４０２と内コーン部４０３との間から吹き出す気流によって天井面との間に負圧空間を作り、吹出口から吹き出した気流を上記の負圧空間に向かわせることによって天井面に沿ったほぼ水平方向の冷気の流れを作り、この冷気を徐々に下降させることで所望の冷房効果が得られるようにしている。

しかし、上記の吹出口の構造では、作業空間ＴＡの人体Ｍに直接向かうような気流（図１，図２参照）を形成することが困難である。
そこで、本実施形態では、吹出口の内コーン部に構造簡単な気流方向調節具を取り付け、吹出口を下方から見た場合に全周囲方向に放射状に吹き出す気流を部分的に遮蔽することにより、負圧空間生成を排し、吹出口から作業空間ＴＡに直接向かう気流を容易に形成できるようにした。

図１６，図１７は気流方向調節具の一例を示している。この気流方向調節具５００は、二重板構造の中央支持部５０１とその両端に出没自在に保持された係着部５０２，５０３とを備え、係着部５０２，５０３の屈曲された先端部を内コーン部４０５の下端縁に係着させるように係着部５０２，５０３を中央支持部５０１から出没させ、図１７に示すようにビス５０４等を用いて係着部５０２，５０３を固定するものである。図１６において、４０４は吹出口の外コーン部を示す。

図示されていないが、係着部５０２，５０３の先端部を内コーン部４０５の下端縁にビス止めしても良い。あるいは、ばね等を用いて係着部５０２，５０３に中央支持部５０１の中心方向に向かう復元力を与えておき、係着部５０２，５０３の先端部を内コーン部４０５の下端縁に係着させてから復元させて内コーン部４０５に取り付けても良い。
気流方向調節具５００の取付方法は特に限定されず、既存の吹出口の内コーン部に室内から取付可能な方法であれば、いかなる方法でも良い。

このように気流方向調節具５００を室内から取付可能な構造とすることにより、施工が容易になり、施工時間の短縮やコストの低減に寄与することができる。
また、図１７に示すように、係着部５０２，５０３に突出板５０９，５１０を付設し、この突出板５０９，５１０が外コーン部の内径またはそれ以上にまで達するようにすると、中央支持部５０１の延長上からの気流の吹き出しを確実に遮蔽することができ、作業空間ＴＡに直接向かう気流の形成に一層効果的である。

図１８は他の気流方向調節具５０５を示しており、４０６は吹出口の外コーン部、４０７は内コーン部、５０６は中央支持部、５０７，５０８は係着部である。この調節具５０５は、係着部５０７，５０８に脚部５１１，５１２をそれぞれ設けたものであり、例えば内コーン部４０７の下端縁が天井面から奥に位置しているようなタイプの吹出口に取り付ける場合に適している。

図１９は、上述した気流方向調節具５００，５０５の構成例及び取付状態を示す概略的な下面図である。ここでは、便宜的に図１６に示した気流方向調節具５００の各種変形例を示している。
気流方向調節具５００としては、下面から見た場合に、図１９（ａ）に示すように全体としてＩ字形のものや、図１９（ｂ）のように十字形のもの、図１９（ｃ）のようにＹ字形のものなど、種々の形状、構造のものが考えられる。なお、図１９（ｃ）において、５１３は係着部である。

例えば、図１９（ｃ）のＹ字形の気流方向調節具を用いた場合に、吹出口から作業空間ＴＡに直接向かう気流を形成できる理由を以下に説明する。
図２０は図１９（ｃ）に相当する図であり、気流方向調節具５００については模式化して示してある。また、気流は紙面の背後から手前方向に吹き出すものとする。

本実施形態では、気流方向調節具５００の中央支持部５０１や係着部５０２，５０３等により、これらが設けられている部分の気流が遮られ、中央支持部５０１等の両側から気流が放射状に吹き出される。いま、冷房のために内コーン部４０４を室内側に若干下降させて使用する場合、中央支持部５０１等の両側の気流は斜め下方に吹き出すが、図２０における空間ａ（中央支持部５０１等の延長上にある空間）は、中央支持部５０１等に遮られて気流の量が少なくなるため、前述した図１５の作用により負圧空間が形成されることがなくなる。従って、吹出口から吹き出した気流が天井面方向に引きつけられることはなく、吹き出し直後の方向を保ったまま斜め下方へと送出される。
また、図２０における空間ｂについては従来と同様に負圧になる可能性があるが、この空間ｂ方向に向かう気流は、中央支持部５０１等の両側の気流に誘引されて移動するので、図１５に示したような作用は起こりにくくなり、空間ａと同様に負圧になる現象を回避することができる。
これにより、吹出口のほぼ全周にわたって天井面付近の負圧空間が生じなくなり、気流は天井面に沿って移動することなく作業空間ＴＡに向かって直接的に吹き出されることとなる。

図２１（ａ）は中央支持部５０１の長手方向に直交する断面の外形図である。図示するように、気流の上流側に位置する上辺を短く、下辺を長くして断面台形状に形成することにより、図２１（ｂ）に示す断面矩形の中央支持部５０１’のように気流の剥離が生じるおそれがなくなり、気流を円滑に斜め下方へ吹き出させることが可能になる。

なお、気流方向調節具の形状、構造は上記実施形態に何ら限定されず、要は、吹出口の一部を遮蔽することによって負圧空間の形成や天井面に沿った気流の形成を防止し、吹出口から作業空間ＴＡに直接向かう気流を発生可能なものであれば良い。また、気流方向調節具の材質も、特に限定されるものではない。
更にまた、気流方向調節具自体は、必ずしも固定される必要がなく、例えば図２１（ｃ）に示すように、ダクト内に設けた回動羽根（プロペラ）と低速回転変換する制御用ギア機構部を介し、コーン部と水平面で回転自在に軸支して、適宜な速度で定速回転するように形成してもよい。この方法では、吹出口だけで、本システムの目的である室内域への間欠送風が可能となる。

本発明を適用した空調動作の説明図である。 本発明を適用した空調動作の説明図である。 従来の空調動作の説明図である。 本発明の実施形態を示す全体構成図である。 風量調節装置の同期運転パターンの一例を示す図である。 図５における各パラメータの説明図である。 居室の温度状態に応じた運転パターンの一例を示す図である。 風量調節装置の動作説明図である。 風量調節装置の動作説明図である。 給気温度制御の説明図である。 給気温度制御のフローチャートである。 空調機インバータの制御方法の説明図である。 風量調節装置のダンパの構成図である。 風量調節装置のダンパの構成図である。 従来の吹出口の作用の説明図である。 気流方向調節具の説明図である。 気流方向調節具の説明図である。 気流方向調節具の説明図である。 気流方向調節具の構成例及び取付状態を示す概略的な下面図である。 気流方向調節具を用いた場合の気流の説明図である。 気流方向調節具の中央支持部の断面外形図、及び、気流方向調節具自体が低速回転する概略構成図である。

符号の説明

Ｘ：機械室
Ｙ：天井裏
Ｚ：居室
Ｍ：人体
ＴＡ：作業空間
ＡＡ：周囲空間
Ｇ１〜Ｇ５：グループ
１００：空調機
１０１〜１０３：ダクト
１０４，１０５：吹出口
１０６，１０７：風量調節装置
１０８：温湿度センサ
１１１：ファン
１１２：インバータ
１１３：給気温度センサ
１１４：給気圧力センサ
１１５：差圧計
１１６：フィルタ
１１７：冷温水コイル
１１８：二方弁
１１９：加湿器
１２０：加湿弁
１２１：リレー
１２２：リレー接点
１２３：ＣＯ_２センサ
１２４：外気ダンパ
１２５：タッチパネル
１２６：システムコントローラ
１２７：通信端子
１２８：通信線
１２９：主ダクト
１３０：分岐ダクト
２００：風量調節装置
２０１：ケーシング
２０２，２１２：回動軸
２０３，２１３：回動羽根
２０４，２１４：ボールベアリング
２１１：ダクト
３００：温湿度センサ
４０１：天井面
４０４：外コーン部
４０５：内コーン部
５００，５０５：気流方向調節具
５０１，５０６：中央支持部
５０２，５０３，５０７，５０８，５１３：係着部
５０９，５１０：突出板
５１１，５１２：脚部

Claims (10)

1. 空調用の気流を発生させる空調機と、前記気流の風量を調節する風量調節装置と、この風量調節装置から供給される気流を居室内へ吹き出すための吹出口と、を備えた空調システムにおいて、
   前記居室内に、人体の作業空間とその周囲空間とを設定し、
   前記風量調節装置は、前記周囲空間の設定温度に応じて前記風量調節装置のダンパの開閉状態を制御することにより、前記吹出口から微風速の気流を間欠的に吹き出すことを特徴とする空調システム。
2. 請求項１に記載した空調システムにおいて、
   前記周囲空間の温度を検出する温度センサを備え、
   この温度センサによる検出温度が設定温度に一致するように前記風量調節装置のダンパの開閉状態を制御することを特徴とする空調システム。
3. 請求項１または２に記載した空調システムにおいて、
   前記吹出口は居室の天井面から下方に向けて配置されており、この吹出口から前記作業空間に向けて気流を吹き出すことを特徴とする空調システム。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載した空調システムにおいて、
   前記空調機に対して複数台の前記風量調節装置が並列的に連結され、かつ、これらの風量調節装置を複数系統に分割すると共に、異なる系統に属する前記風量調節装置のダンパの開閉状態を異ならせることを特徴とする空調システム。
5. 請求項４に記載した空調システムにおいて、
   異なる系統に属する前記風量調節装置のダンパを同期させて交互に開閉することを特徴とする空調システム。
6. 請求項２〜５の何れか１項に記載した空調システムにおいて、
   前記空調機による給気圧力を検出する圧力センサを備え、この圧力センサによる検出圧力に応じて前記空調機を駆動するファンの回転数を制御することを特徴とする空調システム。
7. 請求項１〜６の何れか１項に記載した空調システムにおいて、
   前記温度センサによる検出温度に応じて、前記空調機による給気温度設定値を変更することを特徴とする空調システム。
8. 請求項７に記載した空調システムにおいて、
   前記圧力センサによる検出圧力に応じた回転数の制御方法と、前記風量調節装置からの要求風量に応じた回転数の制御方法とを選択可能にしたことを特徴とする空調システム。
9. 請求項１〜８の何れか１項に記載した空調システムにおいて、
   前記吹出口を部分的に遮蔽して前記吹出口から下方に向かう気流を発生させるための気流方向調節具を備えたことを特徴とする空調システム。
10. 請求項９に記載した空調システムにおいて、
    前記気流方向調節具を前記吹出口に居室内から取付可能としたことを特徴とする空調システム。
    

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